Relógios atômicos são usados ​​em todo o mundo para indicar as horas com precisão. Cada "tique" do relógio depende das vibrações atômicas e de seus efeitos nos campos eletromagnéticos circundantes. Relógios atômicos padrão em uso hoje, com base no átomo de césio, diga o tempo "contando" as frequências de rádio. Esses relógios podem medir o tempo com a precisão de um segundo a cada centenas de milhões de anos. Os relógios atômicos mais recentes que medem as frequências ópticas da luz são ainda mais precisos, e pode eventualmente substituir os baseados em rádio.

Agora, pesquisadores da Caltech e do Jet Propulsion Laboratory (JPL), que é gerenciado pela Caltech para a NASA, criaram um novo design para um relógio atômico óptico que promete ser o mais preciso e preciso ainda (precisão refere-se à capacidade do relógio de definir corretamente a hora, e a precisão refere-se à sua habilidade de dizer o tempo em detalhes finos). Apelidado de "relógio de pinça, "ele emprega tecnologia em que as chamadas pinças a laser são usadas para manipular átomos individuais.

"Um dos objetivos dos físicos é ser capaz de dizer o tempo com a maior precisão possível, "diz Manuel Endres, um professor assistente de física na Caltech que liderou um novo artigo descrevendo os resultados na revista Revisão Física X . Endres explica que, embora os relógios ultraprecisos possam não ser necessários para fins diários de contagem de tempo, eles podem levar a avanços na pesquisa da física fundamental, bem como a novas tecnologias ainda não imaginadas.

O novo design do relógio baseia-se em dois tipos de relógios atômicos ópticos já em uso. O primeiro tipo é baseado em um único átomo carregado preso, ou íon, enquanto o segundo usa milhares de átomos neutros presos no que é chamado de rede óptica. Na abordagem de íons presos, apenas um átomo (o íon) precisa ser precisamente isolado e controlado, e isso melhora a precisão do relógio. Por outro lado, a abordagem de rede óptica se beneficia de ter vários átomos - com mais átomos, há menos incertezas que surgem devido a flutuações quânticas aleatórias de átomos individuais.

O design do relógio atômico do grupo de Endres combina essencialmente as vantagens dos dois designs, colhendo os benefícios de ambos. Em vez de usar uma coleção de muitos átomos, como é o caso da abordagem de rede óptica, o novo design usa 40 átomos - e esses átomos são precisamente controlados com pinças a laser. A respeito disso, o novo design se beneficia não apenas de ter vários átomos, mas também de permitir que os pesquisadores controlem esses átomos.

"Esta abordagem une dois ramos da física - técnicas de controle de átomo único e medição de precisão, "diz Ivaylo Madjarov, um estudante de graduação da Caltech e principal autor do novo estudo. "Somos pioneiros em uma nova plataforma para relógios atômicos."

Madjarov explica isso, em geral, os átomos em relógios atômicos agem como diapasões para ajudar a estabilizar as frequências eletromagnéticas, ou luz laser. "As oscilações de nossa luz laser agem como um pêndulo que conta a passagem do tempo. Os átomos são uma referência muito confiável que garante que o pêndulo oscile a uma taxa constante."

A equipe afirma que o novo sistema é ideal para pesquisas futuras em tecnologias quânticas. Os átomos nesses sistemas podem ficar emaranhados, ou globalmente conectado, e esse estado emaranhado pode estabilizar ainda mais o relógio. "Nossa abordagem também pode construir uma ponte para arquiteturas de computação quântica e comunicação, "diz Endres." Ao combinar diferentes técnicas da física, entramos em uma nova fronteira. "

o Revisão Física X o papel é intitulado, "Um relógio óptico de matriz atômica com leitura de átomo único."